DE69300642T2

DE69300642T2 - Bürstenloser Gleichstrommotor.

Info

Publication number: DE69300642T2
Application number: DE69300642T
Authority: DE
Inventors: Toshio Inaji; Eiji Ueda
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: EP0560489A1; CN1033062C; EP0560489B1; US5376870A; CN1076813A; KR930018830A; KR960010148B1; DE69300642D1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, und insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der keinen Positionierungssensor zum Erfassen der Drehposition eines Permanentmagnetrotors verlangt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Der bürstenlose Gleichstrommotor hat eine längere Lebensdauer und einen geringeren elektrischen Rauschpegel verglichen mit einem Gleichstrommotor mit Bürsten, da er keine mechanische Berührung aufweist. Er wird demgemäß weit bei industrieller Ausrüstung und Video- und Audiogeräten verwendet, wo in letzter Zeit eine hohe Zuverlässigkeit verlangt wird.
Der bürstenlose Gleichstrommotor dieser Art verwendete in herkömmlicher Weise einen Positionierungssensor (beispielsweise ein Hall-Element), das der Bürste entspricht, um die leitenden Phasen der Statorwicklungen zu ändern. Der Positionierungssensor selbst ist nicht billig, und es treten eine Komplikation beim Einstellen der Befestigungsposition des Sensors und eine Zunahme bei der Anzahl der Verdrahtungen auf, was viel höhere Kosten bei dem bürstenlosen Gleichstrommotors verglichen mit dem Gleichstrommotor mit Bürsten ergibt. Übrigens ist die Motorstruktur häufig begrenzt, weil der Positionierungssensor in den Motor eingebaut werden muß. Kürzlich ist bei der Verkleinerungsbestrebung von Geräten der Motor kleiner und dünner geworden, und die Position zum Befestigen des Positionierungssensors, wie das Hall-Element, steht nicht ausreichend zur Verfügung. Demgemäß sind verschiedene bürstenlose Gleichstrommotoren ohne Positionierungssensor bisher vorgeschlagen worden.
Als bürstenloser Gleichstrommotor ohne Positionierungssensor ist beispielsweise einer bekannt geworden, der das Ausgangssignal des an dem Motor angebrachten Frequenzgenerators verwendet. Das heißt, die Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators zum Erzeugen von Impulsen, die von der Drehung des Rotors abhängen, werden von einem Zähler gezählt, und Antriebsströme eines vorbestimmten Strommusters werden der Reihe nach durch die Windungen des Dreiphasenstators in Abhändigkeit von dem Zählwert hindurchgeschickt, wodurch sich der Permanentmagnetrotor dreht (beispielsweise japanische Patentveröffentlichung Nr. 63-262088).
Bei einer solchen Konstruktion ist jedoch, da die Anfangsposition des Rotors nicht bekannt ist, wenn der Strom eingeschaltet wird, eine besondere Rücksetzsignalserzeugungsschaltung in dem bürstenlosen Gleichstrommotor vorgesehen, wie es in dem obigen Stand der Technik gezeigt ist, und der Zähler wird durch das Rücksetzsignal zurückgesetzt, wenn der Strom eingeschaltet wird, während ein bestimmter Rücksetzstrom den Statorwicklungen zugeführt wird, so daß der Rotor und die Statorwicklungen im voraus auf eine bestimmte Positionsbeziehung eingestellt werden können.
Jedoch beginnt der Rotor, wenn der bestimmte Rücksetzstrom den Statorwicklungen zugeführt wird, um die Anfangsposition zu bestimmen, sich zu drehen, und die Position des Rotors schwingt um die bestimmte Position, wobei er an der bestimmten Position nicht in einer kurzen Zeit stillsteht. Als Ergebnis ist die Startzeit lang, weil der Betrieb nicht in einer kurzen Zeit von dem Rücksetzmodus zum Zuführen des bestimmten Rücksetzstroms zu den Statorwicklungen, wenn der Strom eingeschaltet wird, um den Rotor an der bestimmten Position anzuhalten, in den normalen Positionserfassungsmodus zum Zählen der Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators in Abhändigkeit von der Drehung des Rotors überführt werden kann.
Er kann deshalb nicht bei Anwendungen verwendet werden, die eine kurze Startzeit verlangen, wie Maschinen, die sich wiederholt drehen und häufig anhalten.
Bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor des obigen Standes der Technik kann sich, da sich der Rotor gezwungen in eine bestimmte Position in dem Rücksetzmodus dreht, der Rotor weit umgekehrt in Abhändigkeit von der Anfangsposition des Rotors drehen. Daher kann er nur bei Maschinen verwendet werden, die eine längere Umkehrdrehung zulassen, und der Anwendungsbereich ist bemerklich begrenzt.
Ferner können sich bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor bei dem obigen Stand der Technik, wenn die relativen Positionen des Rotors und der Statorwicklungen in der bestimmten Bez jehung zu dem Rücksetzmodus gesetzt werden, wenn der Rotor belastet ist, die relativen Positionen des Rotors und der Statorwicklungen stark in Abhängigkeit von der Größe der Last ändern. Daher kann der Rotor nicht an einer bestimmten Position in dem Rücksetzmodus festgelegt werden.
Deshalb wird bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor, der in dem obigen Stand der Technik gezeigt ist, wenn der Rücksetzmodus in den normalen Positionserfassungsmodus zum Zählen der Ausgangsimpulse des Frequenzgenerators in Abhändigkeit von der Drehung des Rotors übergeführt werden soll, die den Statorwicklungen zugeführte Stromphase stark von der normalen Phase abgelenkt, und ein hoher Wirkungsgrad kann nicht erreicht werden. Deshalb ist der bürstenlose Gleichstrommotor, der in dem Stand der Technik gezeigt ist, nur bei der Anwendung verwendbar, bei der der Motor ohne Last ist, wenn der Strom eingeschaltet wird.
Ferner offenbart EP-A-0313046 eine Motorsteuervorrichtung für einen bürstenlosen Motor, die die Ausgangssignale einer Kodiereinrichtung beim Drehen des Rotors zählt und das Schalten einer Motorspule gemäß dem Zählwert durchführt, insbesondere wenn der Zählwert einen vorbestimmten Wert erreicht. In dieser Druckschrift wird, wenn es erwünscht ist, den Motor zu starten, eine von Zweiphasenspulen in einer festgelegten Richtung erregt. Der Magnetpol der erregten Statorphase und der Magnetpol des Rotors wechselwirken und ein Auf-Abzähler wird durch das Rücksetzsignal auf null gesetzt. Die Startposition wird dadurch bestimmt.
US-4641066 offenbart auch eine Steuervorrichtung für einen bürstenlosen Motor. Die Vorrichtung erfaßt einen geeigneten Startpunkt des Rotors und treibt den Motor zu dem ausgewählten Punkt an, um eine Steuerung des Startbetriebs des Motors auszuführen.
Die vorliegende Erfindung schafft einen bürstenlosen Gleichstrommotor, umfassend:
einen Rotor, der eine Vielzahl von Magnetpolen besitzt;
mehrphasige Statorwicklungen, die mit einem bestimmten Abstand von dem Rotor angeordnet sind;
eine Sensoreinrichtung zum Erzeugen von Mehrphasen-Sensorsignalen, die einen Drehzustand des Rotors in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors zeigen;
eine Richtungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehrichtung des Rotors aus den Mehrphasensensorsignalen und zum Erzeugen eines Richtungssignals;
eine Erfassungseinrichtung für die Anfangsstellung zum Ausgeben eines ersten Phasenwerts und zum Bestimmen eines Anfangszählwerts entsprechend der Position des Rotors;
eine Zählereinrichtung, in der ein Zählwert anfangs gemäß dem Anfangszählwert gesetzt wird, um den Zählwert in Abhängigkeit von dem Richtungssignal und wenigstens einem der Mehrphasen-Sensorsignale zu erhöhen oder verringern, um einen zweiten Phasenwert zu erzeugen;
eine Wellenformerzeugungseinrichtung zum Erzeugen Mehrphasen-Positionssignale in Abhängigkeit von dem ersten Phasenwert oder zweiten Phasenwert; und
eine Stromzuführeinrichtung zum Zuführen von elektrischem Strom zu den Mehrphasen-Statorwicklungen in Abhängigkeit von den Mehrphasen-Positionssignalen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung für die Anfangsstellung umfaßt;
eine Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung für den Phasenwert, um den ersten Phasenwert in Abhängigkeit von dem Richtungssignal zu erhöhen oder zu verringern;
eine Phasenwertspeichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl von Werten des ersten Phasenwerts in Abhängigkeit von einer Änderung des Richtungssignals; und
eine Anfangswertberechnungseinrichtung zum Berechnen des Anfangswerts aus wenigstens zwei Werten des ersten Phasenwerts, die in der Phasenwertspeichereinrichtung gespeichert sind;
wobei die Erfassungseinrichtung für die Anfangsposition ausgebildet ist, den Anfangszählwert entsprechend der Position des Rotors durch Schwingen eines Drehmagnetfelds zu bestimmen, das in den MehrphasenStatorwicklungen in der normalen und umgekehrten Richtung erzeugt wird.
Die Erfindung bietet somit in vorteilhafter Weise einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der eine Lagebeziehung zwischen dem Rotor und der Statorwicklung in einer kurzen Zeit erfassen kann, wenn der Strom eingeschaltet wird, und sofort von dem Phasenanpassungsmodus, wenn der Strom eingeschaltet wird, in den normalen Lageerfassungsmodus zum Zählen der Ausgangsimpulse umschalten kann, die in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors erzeugt werden.
Die Erfindung erfaßt auch in vorteilhafter Weise die Lage des Rotors genau unabhängig von der Größe der Last, wenn der Motor bereits belastet ist, wenn der Strom eingeschaltet wird, und erfaßt ferner die Position des Rotors innerhalb einer merklich kleinen Drehgröße des Rotors. Deshalb wird ein bürstenloser Gleichstrommotor geschaffen, der mit einem hohen Wirkungsgrad antreiben kann, obgleich kein Positionssensor benötigt wird, und der in einem weiten Bereich anwendbar ist.
Der bürstenlose Gleichstrommotor der Erfindung mit der obigen Ausgestaltung zählt durch die Zählereinrichtung die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung, die in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors erzeugt werden. Da das Positionssignal auf der Grundlage dieses Zählwerts erzeugt wird, wird ein Positionssensor, der bei dem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor verlangt wird, nicht benötigt.
Deshalb wird anders als bei dem herkömmlichen, bürstenlosen Gleichstrommotor der Positionssensor nicht benötigt, und die Komplikation bei der Einstellung der Befestigungslage des Sensors und das Maß der Verdrahtung kann verringert werden, so daß kostenbeträchtlich eingespart werden können. Übrigens ist, da der Positionssensor bei dem Motor nicht benötigt wird, der Motor konstruktiv nicht eingeschränkt, und kann in Größe und Dicke ferner verkleinert werden.
Ferner erzeugt die Erfassungseinrichtung für die Anfangsphase ein erstes Phasensignal in Abhändigkeit von der Drehrichtung des Rotors, während die Wellenformerzeugungseinrichtung das Positionssignal in Abhängigkeit von dem ersten Phasensignal erzeugt, wodurch die Position des Rotors erfaßt wird. Daher kann die Position des Rotors durch einen geringen Rotationswert erfaßt werden, der von der Anfangsstellung des Rotors nicht abhängt. Selbst wenn der Rotor belastet ist, kann dennoch die Position des Rotors genau erfaßt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Ausführungsform eines bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist ein Schaltungsaufbaudiagramm, das eine Ausführungsform einer Richtungserfassungsschaltung der Erfindung zeigt,
Fig. 3 ist ein Signalwellenformdiagramm der Teile der Richtungserfassungsschaltung in Fig. 2,
Fig. 4 ist ein Signalwellenformdiagramm der Teile bei einer normalen Drehung eines bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung,
Fig. 5 ist ein Vektordiagramm, das die Beziehung des Magnetpolvektors Φ des Permanentmagnetrotors und den Magneto-EMK-Vektor I zeigt, der durch eine Statorwicklung bei der normalen Drehung eines bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung erzeugt wird,
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung der Richtungserfassungsschaltung, der Zählereinheit, der Erfassungseinrichtung für die Anfangsphase und des Wellenformgenerators zum Bilden eines bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung zeigt,
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm in einer Ausführungsform für den Betrieb der Auswähleinrichtung der Erfindung,
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm in einer Ausführungsform zum Verarbeiten des Positionserfassungsmodus bei der üblichen Drehung,
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm in einer Ausführungsform für den Phasenanpassungsbetrieb,
Fig. 10 ist ein Vektordiagramm des Magnetpolvektors Φ und des Magneto-EMI(-Vektors I zum Erläutern der Rotationsgröße bei dem Phasenanpassungsbetrieb,
Fig. 11 ist ein Vektordiagramm des Magnetpolvektors Φ und des Magneto-EMK-Vektors I zum Erläutern des Phasenanpassungsvorgangs,
Fig. 12 ist ein Vektordiagramm des Magnetpolvektors Φ und des Magneto-EMK-Vektors I zum Erläutern des Phasenanpassungsvorgangs, und
Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Ausgestaltung eines Permanentmagnetrotors und einer Statorwicklung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden einige Ausführungsformen des bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung im einzelnen unten beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung eines bürstenlosen Gleichstrommotors in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ein Permanentmagnetrotor und Statorwicklungen für drei Phasen 181, 182, 183 in Fig. 1 sind angeordnet, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. In Fig. 13(a) ist der Permanentmagnetrotor 19, der sich zusammen mit einer Drehwelle 1302 dreht, einem Stator 1301 gegenüberliegend angeordnet. In dem Permanentmagnetrotor 19 sind, wie es in Fig. 13(b) gezeigt ist, mehrere Pole (hier acht Pole) in einer Scheibenform mit gleichen Abständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. In dem Stator 1301 sind, wie es in Fig. 13(c) gezeigt ist, eine Vielzahl von flachen Windungen (hier sechs) 181a, 182a, 183a, 181b, 182b, 183b mit gleichen Abständen in einer Scheibenform um die Drehwelle 1302 herum in einer flachen Ebene angeordnet. Die flachen Windungen, die voneinander um 180 Grad entfernt sind, sind wechselseitig verbunden, um die dreiphasigen Statorwicklungen 181, 182, 183 zu bilden. Ein Frequenzgenerator (Sensoreinrichtung) 11 in Fig. 1 erzeugt zweiphasige Frequenzsignale m1, m2, die in der Phase voneinander verschieden sind, proportional zu der Drehung des Permanentmagnetrotors 19. Die zweiphasigen Freguenzsignale m1, m2 werden einer Wellenform-Formungsschaltung 12 zugeführt, um in Rechteckwellensignale s1, s2 umgewandelt zu werden, und werden in eine Richtungserfassungsschaltung (Richtungserfassungseinrichtung) 13 eingegeben. Die Richtungserfassungsschaltung 13 gibt ein Richtungssignal d in Abhängigkeit von der normalen oder umgekehrten Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 aus. Eine Zählereinheit 14 erhält das Rechteckwellensignal s1 und das Richtungssignal d, das von der Richtungserfassungsschaltung 13 ausgegeben worden ist, und zählt die Anzahl von Impulsen des Rechteckwellensignals s1 auf oder ab, das in Abhängigkeit von der Drehung des Permanentmagnetrotors 19 erzeugt worden ist, entsprechend der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19. Die Zählereinheit 14 gibt den Wert, der dem Zählwert c entspricht, als einen zweiten Phasenwert f2 (zweites Phasensignal) aus. Eine Erfassungseinheit 15 für die Anfangsphase erhält das Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13, dreht das Drehmagnetfeld, das in den Statorwicklungen erzeugt wird, zum Zeitpunkt der Phasenanpassung in der normalen oder umgekehrten Richtung in Abhängigkeit von dem Richtungssignal d, bestimmt die Anfangsstellung des Permanentmagnetrotors 19 durch Berechnen, und gibt den Anfangszählwert c&sub0; an die Zählereinheit 14 aus. Die Erfassungsschaltung 15 für die Anfangsphase gibt nicht nur dem Anfangszählwert c&sub0; an die Zählereinheit 14 aus, sondern gibt auch einen ersten Phasenwert f1 (erstes Phasensignal) an eine Auswähleinheit 161 zum Zeitpunkt der Phasenanpassung aus. Die Auswähleinheit 161 wählt entweder den ersten Phasenwert f1 oder den zweiten Phasenwert f2 in Abhängigkeit von dem Phasenanpassungsbefehl st aus, der an einer Klemme 163 zugeführt wird, und gibt den ausgewählten Phasenwert f an die Positionssignalerzeugungseinheit 162 aus. Eine Wellenformerzeugungseinheit (Wellenformerzeugungseinrichtung) 16 ist aus der Auswähleinheit 161 und der Positionssignalerzeugungseinheit 162 zusammengesetzt. Die Positionssignalerzeugungseinheit 162 gibt dreiphasige Positionssignale p1, p2, p3 in Abhängigkeit von dem ausgewählten Phasenwert f aus, der von der Auswähleinheit 161 ausgegeben worden ist. Eine Stromversorgungseinheit 17 erhält die Dreiphasen-Positionssignale p1, p2, p3. Die dreiphasige Positionssignale p1, p2, P3 werden jeweils durch Ansteuerverstärker 171, 172, 173 verstärkt, und Ströme i1, i2, i3, die der Größe der Positionssignale p1, p2, p3 proportional sind, werden den Statorwicklungen 181, 182, 183 zugeführt.
Somit wird der bürstenlose Gleichstrommotor aus dem Permanentmagnetrotor (Rotor) 19, den Statorwicklungen 181, 182, 183, dem Frequenzgenerator (Sensoreinrichtung) 11, der Richtungserfassungsschaltung (Richtungserfassungseinrichtung) 13, der Erfassungseinheit für die Anfangsphase (Erfassungseinrichtung für die Anfangsphase) 16, der Zählereinheit (Zählereinrichtung) 14, der Wellenformerzeugungseinheit (Wellenformerzeugungseinrichtung) 16 und der Stromversorgungseinheit (Stromversorgungseinrichtung) 17 gebildet.
Bei dem derart gebildeten, bürstenlosen Gleichstrommotor wird die Arbeitsweise der Erfindung im einzelnen unten beschrieben.
Zuerst wird der Fall erklärt, bei dem sich der Permanentmagnetrotor 19 fortlaufend dreht (Positionserfassungsmodus). Fig. 2 ist ein Schaltungsaufbaudiagramm in einer Ausführungsform der Richtungserfassungsschaltung 13, von der ein Signalwellenformdiagramm von Teilen in Fig. 3 gezeigt ist.
In Fig. 2 erhält eine Flip-Flop-Schaltung 21 vom D-Typ Zweiphasen-Rechteckwellensignale s1, s2, die von der Wellenform-Formungsschaltung 12 ausgegeben werden. Das Rechteckwellensignal s1 wird einer Dateneingabeklemme D der Flip- Flop-Schaltung 21 zugeführt, während das Rechteckwellensignal s2 einer Takteingangsklemme CK zugeführt wird.
Fig. 3(a) zeigt Rechteckwellensignale s1, s2, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht, und Fig. 3(b) zeigt Rechteckwellensignale s1, s2, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der umgekehrten Richtung dreht. Die Flip-Flop-Schaltung 21 vom D-Typ hält den Zustand der Dateneingangsklemme D bei jeder Vorderkante des Eingangssignals an die Takteingangsklemme CK und liefert diesen Zustand an der Ausgangsklemme Q.
Deshalb ist, während sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung, wie in Fig. 3(a) dreht, der Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 21 vom D-Typ stets ein hoher Potentialzustand (nachfolgend H-Zustand genannt). Andererseits ist, während sich der Permanentmagnetrotor 19 in der umgekehrten Richtung dreht, das Rechteckwellensignal s1 hinter dem Rechteckwellensignal s2 um 90 Grad, wie es in Fig. 3(b) gezeigt ist, und der Ausgang Q ist stets ein niederer Potentialzustand (nachfolgend der L-Zustand genannt). Wie es aus dem obigen klar ist, kann die Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 durch die Richtungserfassungsschaltung 13 in Fig. 2 erfaßt werden. Das heißt, das Richtungssignal d des Ausgangs der Richtungserfassungsschaltung 13 ist in dem H- Zustand, während sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht, und in dem L-Zustand, während er sich in der umgekehrten Richtung dreht.
Das Rechteckwellensignal s1, das durch die Wellenform-Formungsschaltung 12 geliefert wird, und das Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13 werden der Zählereinheit 14 zugeführt, und deshalb zählt die Zählereinheit 14 die Impulse des Rechteckwellensignals s1 in Abhängigkeit von dem Richtungssignal d auf oder ab. Das heißt, die Anzahl der Impulse des Rechteckwellensignals s1, das in Abhändigkeit von der Drehung des Permanentmagnetrotors 19 erzeugt wird, wird in Abhändigkeit von der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 auf- oder abgezählt, und deshalb kann die Rotationsgröße des Permanentmagnetrotors 19 aus dem Zählwert der Zählereinheit 14 erhalten werden. Jedoch ist der Zählwert der Zählereinheit 14 im Anfangszustand unmittelbar nach dem Einschalten des Stroms instabil, und es ist notwendig, einen richtigen Anfangszählwert c&sub0; zu setzen.
Das Verfahren zum Setzen des Anfangszählwerts c&sub0; wird im einzelnen in Fig. 9 in Beziehung auf die Beschreibung der Arbeitsweise des Phasenanpassungsmodus erklärt.
Fig. 4 ist ein Signalwellenformdiagramm von Teilen beim normalen Drehen des bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung.
In Fig. 4 sind e1, e2, e3 erzeugte Spannungswellenformen, die jeweils in den Statorwicklungen 181, 182, 183 induziert werden. Andererseits sind p1, p2, p3 dreiphasige Positionssignale, die von der Wellenformerzeugungseinheit 16 erzeugt werden, die erzeugt werden, damit sie nahezu in Phase mit den erzeugten Wellenformen e1, e2, e3 in Abhändigkeit von der Drehstellung des Permanentmagnetrotors 19 sind. Die Positionssignale p1, p2, p3 sind sinusförmige Signalwellenformen, und die Stromversorgungseinheit 17 verstärkt den Strom der Positionssignale p1, p2, p3 in den drei Phasen und sinusförmige dreiphasige Ansteuerströme i1, i2, i3 werden den einzelnen Phasen der Statorwicklungen 181, 182, 183 zugeführt. Als ein Ergebnis werden durch die dreiphasige Ansteuerströme i1, i2, i3 Drehmagnetfelder in den Statorwicklungen 181, 182, 183 erzeugt, und durch die gegenseitige Wirkung des Drehmagnetfelds und der Magnetpole des Permanentmagnetrotors 19 erhält der Permanentmagnetrotor 19 die Drehkraft und dreht sich.
Fig. 5 ist ein Vektordiagramm, das die Phasenbeziehung des Magneto-EMK-Vektors des Drehmagnetfeldes zeigt, das durch die Statorwicklungen 181, 182, 183 erzeugt wird, zusammen mit dem Magnetpolvektor des Permanentmagnetrotors 19. In Fig. 5 bezeichnet Φ den Magnetpolvektor, der die Magnetpole des Permanentmagnetrotors 19 zeigt, und I ist der Magneto- EMK-Vektor der Drehmagnetfelder, die durch die Statorwicklungen 181, 182, 183 erzeugt werden.
Fig. 5(a) ist ein Vektordiagramm, das die Phasendrehung des Magnetpolvektors Φ und den Magneto-EMK-Vektor I zeigt, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht. Fig. 5(b) ist ein Vektordiagramm, das die Phasenbeziehung des Magnetpolvektors Φ und des Magneto-EMK-Vektors I zeigt, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der umgekehrten Richtung dreht.
Der Magnetpolvektor Φ erhält eine Drehkraft durch die gegenseitige Wirkung mit dem Magneto-EMK-Vektor I und dreht sich in der in Fig. 5 angegebenen Richtung. Hier ist es erforderlich, damit sich der Permanentmagnetrotor 19 fortlaufend dreht, den Magneto-EMK-Vektor I in der in der Zeichnung gezeigten Richtung in Abhängigkeit von der Drehgröße des Magnetpolvektors Φ zu drehen. Das heißt, die Phase des Magneto-EMK-Vektors I wird stets in der Drehrichtung um 90 Grad von der Phase des Magnetpolvektors Φ vorwärtsbewegt, und die Drehgröße des Magnetpolvektors Φ wird erfaßt, und der Magneto-EMK-Vektor I muß in Abhängigkeit von dieser Drehgröße gedreht werden. (Der Winkel des Vektordiagramms drückt den Magnetpolvektor Φ aus, und der Magneto-EMK-Vektor I wird der Winkel genannt, der durch den elektrischen Winkel ausgedrückt wird.)
Fig. 6 ist ein Bestandsteildiagramm, das eine Ausführungsform der Richtungserfassungsschaltung 13, der Zählereinheit 14, der Erfassungseinheit 15 für die Anfangsphase und der Wellenformerzeugungseinheit 16 zum Aufbau des bürstenlosen Gleichstrommotors der Erfindung zeigt.
In dieser Ausführungsform sind die Zählereinheit 14, die Erfassungseinheit 15 für die Anfangsphase und die Wellenformerzeugungseinheit 16 aus einer Recheneinheit (Recheneinrichtung) 61, einem Speicher 62 und Digital/Analog-Umwandlern (Digital-Analog-Umwandlungseinrichtung) 63, 64, 65 gebildet. Die Recheneinheit 61 arbeitet gemäß einem bestimmten, eingebauten Programm, das unten erwähnt wird und in dem Nurlesespeicherbereich ROM (Nurlesespeicher) des Speichers 62 gespeichert ist, und nimmt das Rechteckwellensignal s1, das Richtungssignal d, den Richtungsbefehl md, der der Klemme 141 zugeführt wird, und den Phasenanpassungsbefehl st, der der Klemme 163 zugeführt wird, auf und berechnet, wie es unter Verwendung des Speicherbereiches mit wahlfreiem Zugriff RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) spezifiziert ist, wodurch der ausgewählte Phasenwert f erhalten wird. Infolgedessen bezieht sich die Recheneinheit 61 in Abhängigkeit von dem ausgewählten Phasenwert f auf die Funktionstabelle der Sinuswelle einer Periode, die im voraus in den Nurlesespeicherbereich ROM des Speichers 62 gespeichert ist, und bestimmt digitale dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3 in Abhängigkeit von dem ausgewählten Phasenwert f, und erzeugt sie für die jeweiligen Digital/Analog-Umwandler 63, 64, 65. Die Digital/Analog-Umwandler 63, 64, 65 wandeln die digitalen dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3 in jeweilige, analoge Werte um und erzeugen die dreiphasige Positionssignale p1, p2, p3.
Das in dem Nurlesespeicherbereich ROM gespeicherte, eingebaute Programm des Speichers 62 wird unten beschrieben.
Als erstes ist ein Flußdiagramm eines eingebauten Programms zum Betreiben der Auswähleinheit (Auswähleinrichtung) 161 der Wellenformerzeugungseinheit 16 in Fig. 7 gezeigt.
Beim Schritt 71 wird der Phasenanpassungsbefehl st, der der Klemme 163 zugeführt wird, eingegeben. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 72 ausgeführt.
Beim Schritt 72 wird gemäß der Date des Phasenanpassungsbefehls st, die beim Schritt 71 eingegeben worden ist, die Auswählwirkung beim nächsten Schritt ausgeführt. Wenn der Phasenanpassungsbefehl st den Phasenanpassungsmodus anzeigt, wird die Wirkung des Phasenanpassungsmodus (Schritt 73) ausgeführt. Wenn der Phasenanpassungsbefehl st den Phasenerfassungsmodus anzeigt, wird die Wirkung (Schritt 74) des Positionserfassungsmodus ausgeführt.
Beim Schritt 73 wird die Wirkung des Phasenanpassungsmodus durchgeführt. Das heißt, die Wirkung der Erfassungseinheit 15 für die Anfangsphase und die Wirkung der Positionssignalerzeugungseinheit 162 der Wellenformerzeugungseinheit 16 werden ausgeführt, und die Position des Permanentmagnetrotors 19 wird erfaßt, während der Anfangszählwert c&sub0;, der der Stelllung des Permanentmagnetrotors 19 entspricht, berechnet wird. Danach geht die Arbeitsweise zu der Wirkung des Schrittes 71.
Beim Schritt 74 wird die Wirkung des Positionserfassungsmodus ausgeführt. Das heißt, die Wirkung der Zählereinheit 14 und die Wirkung der Positionssignalerzeugungseinheit 162 der Wellenformerzeugungseinheit 16 werden ausgeführt, und die Verarbeitung bei der normalen Drehung wird vorgenommen. Danach kehrt der Arbeitsablauf zur Verarbeitung des Schrittes 71 zurück.
Indem diese Wirkungen ausgeführt werden, wird entweder die Wirkung des Phasenanpassungsmodus oder die Wirkung des Phasenerfassungsmodus in Abhängigkeit von dem Phasenanpassungsbefehl st ausgewählt, der der Klemme 163 eingegeben worden ist.
Das heißt, in Abhängigkeit von dem Inhalt des Phasenanpassungssignals st wird entweder das Ausgangssignal (zweiter Phasenwert) der Zählereinheit 14 oder das Ausgangssignal (erster Phasenwert) der Erfassungseinheit 16 für die Anfangsphase als Eingang für die Positionssignalerzeugungseinheit 162 ausgewählt, und deshalb wird die Wirkung der Auswählelnheit (Auswähleinrichtung) 161 durch Verarbeiten hergestellt, wie es oben beschrieben worden ist.
Der Positionserfassungsmodus, der zum Zeitpunkt der normalen Drehung verarbeitet wird, wird unten unter Bezugnahme auf das grundsätzliche Flußdiagramm erklärt, das in Fig. 8 gezeigt ist.
Beim Schritt 811 wird der Anfangszählwert c&sub0;, der in dem Phasenanpassungsmodus berechnet worden ist, als der Anf angswert des Zählwerts c gesetzt. Das heißt, der Zählwert c wird als der Wert des Anfangszählwerts c&sub0; gesetzt. Später wird beim Schritt 821 die Verarbeitung durchgeführt. Beim Schritt 811 wird der Anfangswertsetzteil (Anfangswert setzt Einrichtung) 81 gebildet.
Der Schritt 821 wartet auf das Eintreffen des Impulses des Rechteckwellensignals s1. Das heißt, wenn der Impuls noch nicht eingetroffen ist, wenn das Rechteckwellensignal s1 eingegeben wird, wird die Verarbeitung des Schrittes 821 wiederholt gemacht, bis der Impuls ankommt. Wenn der Impuls des Rechteckwellensignals s1 eintrifft, wird die Verarbeitung des Schrittes 822 gemacht.
Beim Schritt 822 wird das Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13 eingegeben. Dann wird die Verarbeitung des Schrittes 823 vorgenommen.
Beim Schritt 823 wird, wenn das Richtungssignal d gleich H ist, das heißt, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht, die Verarbeitung des Schrittes 824 gemacht. Wenn das Positionssignal d gleich L ist, das heißt, wenn sich der Permanentmagnet 19 in der umgekehrten Richtung dreht, wird die Verarbeitung des Schrittes 825 gemacht.
Beim Schritt 824 wird das Zählen des Zählwertes c um eins erhöht. Das heißt, der Wert, bei dem eins zu dem Zählwert c addiert worden ist, ist ein neuer Zählwert c. Dann wird die Verarbeitung des Schrittes 831 gemacht.
Beim Schritt 825 wird das Zählen des Zählwerts c um eins verringert. Das heißt, der Wert 1 wird von dem Zählwert c subtrahiert, um einen neuen Zählwert c zu erhalten. Dann wird die Verarbeitungs des Schrittes 831 gemacht.
Hier ist die Erhöhungs- und Verringerungseinheit für den Zählwert (Erhöhungs- und Verringerungseinrichtung für den Zählwert) aus dem Schritt 821, dem Schritt 822, dem Schritt 823, dem Schritt 824 und dem Schritt 825 aufgebaut, und der Impuls des Rechteckwellensignals s1 wird in Abhändigkeit des Richtungssignals d auf- oder abgezählt.
Beim Schritt 831 wird der Richtungsbefehl md der Klemme 841 eingegeben, und wenn der Richtungsbefehl md ein normaler Drehbefehl ist, wird die Verarbeitung des Schrittes 832 gemacht. Wenn der Richtungsbefehl md ein Umkehrdrehungsbefehl ist, wird die Verarbeitung des Schrittes 833 gemacht.
Beim Schritt 832 wird ein bestimmter Wert (ein Wert, der 45 bis 135 Grad, vorzugsweise 90 Grad entspricht, wie er in den Drehwinkel des Magneto-EMK-Vektors I umgewandelt ist) zu dem Zählwert c addiert, und die Summe wird als der zweite Phasenwert f2 ausgegeben. Dann wird die Verarbeitung des Schrittes 841 gemacht.
Beim Schritt 833 wird ein bestimmter Wert (ein Wert, der 45 bis 135 Grad, vorzugsweise 90 Grad entspricht, wie er in den Drehwinkel des Magneto-EMK-Vektors I umgewandelt ist) von dem Zählwert c subtrahiert, um den zweiten Phasenwert f2 zu erhalten. Dann wird die Verarbeitung des Schrittes 841 gemacht.
Hier ist die Phaseneinstelleinheit (Phaseneinstelleinrichtung) 83 aus dem Schritt 831, dem Schritt 832 und dem Schritt 833 aufgebaut. Die Arbeitsweise des ersten Zählerteils (Zählereinrichtung) 14 in Fig. 1 wird durch den Einstellteil für den Anfangswert (Einstelleinrichtung für den Anfangswert) 81, die Erhöhungs- oder Verringerungseinheit für den Zählwert (Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung für den Zählwert) 82 und die Phaseneinstelleinheit (Phaseneinstelleinrichtung) 83 ausgeführt.
Beim Schritt 841 werden, um die Positionssignale p1, p2, p3 zu erhalten, drei Adressen a1, a2, a3 zur Bezugnahme auf die Funktionstabelle der Sinuswelle für eine Periode berechnet, die in dem Nurlesespeicherbereich ROM in dem Speicher 62 angeordnet ist. Das heißt, die Phasen der Positionssignale p1, p2, p3 werden jeweils um 120 Grad (siehe Fig. 4) verschoben, und deshalb werden die drei Adressen a1, a2, a3 durch die folgenden Gleichungen berechnet.
a1 = f2 -----(1)
a2 = f2 + (120) -----(2)
a3 = f2 - (120) -----(3)
In den obigen Gleichungen ist (120) der bestimmte Adressenwert, der 120 Grad entspricht, wie er durch den Drehwinkel des Magneto-MMK-Vektors umgewandelt wird. Dann wird die Verarbeitung des Schrittes 842 gemacht.
Beim Schritt 842 wird auf der Grundlage der drei Adressenwerte a1, a2, a3, die beim Schritt 841 erhalten worden sind, auf die Funktionstabelle der Sinuswelle, die in dem Nurlesespeicherbereich ROM des Speichers 62 gespeichert ist, bezug genommen, und die digitalen dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3 werden erhalten. Danach wird die Verarbeitung des Schrittes 143 gemacht.
Beim Schritt 843 werden die digitalen dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3, die beim Schritt 842 erhalten worden sind, an die Digital/Analog-Umwandler 63, 64, 65 geliefert, die in Fig. 6 gezeigt sind. In den Digital/Analog-Umwandlern 63, 64, 65 werden die digitalen Positionssignale dp1, dp2, dp3 in analoge Werte umgewandelt, und die Positionssignale p1, p2, p3 werden, wie in Fig. 4 gezeigt, geliefert. Infolgedessen kehrt die Verarbeitung zum Verarbeiten des Schrittes 821 zurück.
Die Positionssignalausgangseinheit (Positionssignalausgangseinrichtung) 84 ist aus dem Schritt 841, dem Schritt 842 und dem Schritt 843 aufgebaut. Die Positionssignalerzeugungseinheit 162 in Fig. 1 ist aus der Positionssignalausgangseinheit (Positionssignalausgangseinrichtung) 84, dem Speicher (Speichereinrichtung) 62 und den Digital/Analog-Umwandlern (Digital-Analog-Umwandlungseinrichtung) 63, 64, 65 gebildet. Ferner ist die Wellenformerzeugungseinheit 16 aus der Auswähleinrichtung (Auswähleinrichtung) 161 und der Positionssignalübertragungseinrichtung 162 in Fig. 7 aufgebaut.
Als ein Ergebnis des obigen Verarbeitens werden entsprechend der Drehung des Permanentmagnetrotors 19 die Positionssignale p1, p2, p3 an die Stromversorgungseinheit 17 ausgegeben. In der Stromversorgungseinheit 17 werden sinusförmige Ansteuerströme i1, i2, 13 den Statorwicklungen 181, 182, 183 zugeführt.
Das heißt, die Rechteckwellensignale s1, s2 werden in Abhängigkeit von der Drehung des Permanentmagnetrotors 19 erzeugt. In der Richtungserfassungsschaltung 13 wird aus diesen Rechteckwellensignalen s1, s2 das Richtungssignal d erzeugt, das der Drehung des Permanentmagnetrotors 19 entspricht. In der Erhöhungs- und Verringerungseinheit 82 für den Zählwert wird der Zählwert c in Abhängigkeit von dem Rechteckwellensignal s1 und dem Richtungssignal d erhöht oder verringert. Während sich der Permanentmagnetrotor 19 normal dreht, wird der Zählwert c erhöht, und während sich der Permanentmagnetrotor 19 umgekehrt dreht, nimmt der Zählwert c ab. Das heißt, der Zählwert c ist ein Wert, der der Rotationsgröße des Permanentmagnetrotors 19 entspricht. In der Wellenformerzeugungseinheit 16 werden als Positionssignale p1, p2, p3 die Positionssignale entsprechend dem Zählwert c geliefert. Demgemäß bewirkt das Positionssignal, die Phase um die Größe zu drehen, die der Rotationsgröße des Permanentmagnetrotors 19 entspricht.
Auf diese Weise behalten der Magneto-EMK-Vektor I des Drehmagnetfeldes und der Magnetpolvektor Φ des Permanentmagnetrotors 19 stets die bestimmte Phasendifferenz bei, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Durch die gegenseitigen Wirkungen des Magneto-EMK-Vektors 1 und des Magnetpolvektors Φ erhält der Permanentmagnetrotor 19 ein Drehmoment und fährt fort, sich zu drehen.
Der Anfangswert c&sub0; der Setzeinheit 81 für den Anfangswert ist ein solcher Wert des Zählwerts c des Zählers 14, daß der Magnetpolvektor φ und der Magneto-MMK-Vektor I mit einander zusammenfallen, wenn der spezifizierte Adressenwert in der Phaseneinstelleinheit 83 null ist. Dieser Anfangswert c&sub0; wird in dem Phasenanpassungsmodus berechnet.
Andererseits wird der spezifizierte Wert in der Phaseneinstelleinheit 15 in Abhängigkeit von dem Richtungsbefehl md zu dem Zählwert c addiert oder von ihm subtrahiert, um den zweiten Phasenwert f2 zu berechnen. Durch eine solche Berechnung kann der Phasenunterschied des Magneto-MMK-Vektor I des Drehmagnetfelds und des Magnetpolvektor φ des Permanentmagnetrotors 19 als der Phasenunterschied von +90 Grad oder -90 Grad in Abhängigkeit von dem Richtungsbefehl md gestzt werden. Deshalb mag der Permanentmagnetrotor in Abhängigkeit von dem Richtungsbefehl md normal oder umgekehrt gedreht werden. Das heißt, indem der Richtungsbefehl md geändert wird, kann ohne weiteres die Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 geändert werden.
Auf diese Weise behalten der Magneto-EMK-Vektor I des Drehmagnetfeldes und der Magnetpolvektor Φ des Permanentmagnetrotors 19 stets die Phasendifferenz von 90 Grad bei, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Durch die gegenseitigen Wirkungen des Magneto-EMK-Vektors 1 und des Magnetpolvektors Φ erhält der Permanentmagnetrotor 19 ein Drehmoment und fährt fort, sich zu drehen.
Jedoch ist im Anfangszustand, wenn beispielsweise der Strom eingeschaltet wird, der Zählwert c der Zählereinheit 14 instabil, und es ist notwendig, den Anfangszählwert c&sub0; des Zählwerts c zu setzen.
Unten wird im einzelnen der Vorgang des Phasenanpassungsmodus zum Setzten des Anfangszählwerts c&sub0; der Zählereinheit 14 durch den bürstenlosen Gleichstrommotor der Erfindung erläutert.
Die Erfassungseinheit 15 für die Anfangsphase in Fig. 1 dreht das Drehmagnetfeld, das in den Statorwicklungen 181, 182, 183 erzeugt wird, in Abhängigkeit von dem Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13 durch die Kraft in der normalen oder umgekehrten Richtung, wenn der Zählwert c unrichtig ist und die Stromquelle eingeschaltet wird, und erfaßt den Magnetpol des Permanentmagnetrotors 19.
Der Phasenanpassungsmodus, der ausgeführt wird, wenn der Strom eingeschaltet wird oder wenn der Zählwert in der Zählereinheit 14 unrichtig ist, wird unter Bezugnahme auf das grundsätzliche Flußdiagramm erläutert, das in Fig. 9 gezeigt ist. Beim Schritt 91 wird null als der Anfangswert der Veränderlichen k zum Zählen der Anzahl von Änderungen der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 gesetzt. Das heißt, der Wert der Veränderlichen k ist null. Danach wird beim Schritt 921 die Verarbeitung fortgesetzt.
Beim Schritt 921 wird das Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13 eingegeben. Dann wird beim Schritt 922 die Verarbeitung vorgenommen.
Beim Schritt 922 wird, wenn das Richtungssignal d auf H ist, das heißt, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht, die Verarbeitung mit dem Schritt 923 gemacht. Wenn das Richtungssignal d auf L ist, das heißt, wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 umgekehrt dreht, wird die Verarbeitung mit dem Schritt 924 vorgenommen.
Beim Schritt 923 wird der Inhalt des ersten Phasenwersts f1 um eins verringert. Das heißt, der um eins verringerte Wert des ersten Phasenwerts f1 wird als der neue Phasenwert f1 gesetzt. Dann wird die Verarbeitung mit dem Schritt 931 vorgenommen.
Beim Schritt 924 wird der Inhalt des ersten Phasenwerts f1 um eins erhöht. Das heißt, der um eins erhöhte Wert des ersten Phasenwerts f1 wird als neuer Phasenwert f1 gesetzt. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 931 vorgenommen.
Hier ist der den Phasenwert erhöhende oder verringernde Teil (Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung für den Phasenwert) 92 aus dem Schritt 921, dem Schritt 922, dem Schritt 923 und dem Schritt 924 zusammengesetzt.
Beim Schritt 931 werden, um die Positionssignale p1, p2, p3 zu erhalten, drei Adressenwerte a1, a2, a3 zur Bezugnahme auf die Funktionstafel der Sinuswelle für den Abschnitt einer Periode, die in dem Nurlesespeicherbereich ROM in dem Speicher 62 angeordnet ist, auf der Grundlage des ersten Phasenwerts f1 berechnet. Das heißt, da die Phasen der Positionssignale p1, p2, p3 einzeln um 120 Grad versetzt sind (siehe Fig. 4), folgt, daß
a1 = f1 -----(4)
a2 = f1 + (120) -----(5)
a3 = f1 - (120) -----(6)
und die drei Adressenwerte a1, a2, a3 werden berechnet. In den obigen Gleichungen ist (120) ein bestimmter Adressenwert, der 120 Grad entspricht, wie er in den Drehwinkel des Magneto-EMK-Vektors umgewandelt wird. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 932 gemacht.
Beim Schritt 932 werden auf der Grundlage der drei Adressenwerte a1, a2, a3, die beim Schritt 931 erhalten worden sind, wobei auf die Funktionstabelle der Sinuswelle bezug genommen worden ist, die in dem Nurlesespeicherbereich des Speichers 62 gespeichert ist, digitale dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3 erhalten. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 933 gemacht.
Beim Schritt 933 werden die digitalen dreiphasige Positionssignale dp1, dp2, dp3, die beim Schritt 932 erhalten worden sind, zu Digital/Analog-Umwandlern 63, 64, 65 geschickt, die in Fig. 6 gezeigt sind. In den Digital/Analog-Umwandlern 63, 64, 65 werden die digitalen Positionssignale dp1, dp2, dp3 in analoge Werte umgewandelt, und die Positionssignale p1, p2, p3, werden ausgegeben, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 941 gemacht.
Hier ist die Positionssignalausgabeeinheit (Positionssignalausgabeeinrichtung) 93 aus dem Schritt 931, dem Schritt 932 und dem Schritt 933 zusammengesetzt.
Beim Schritt 941 wird das Richtungssignal d der Richtungserfassungsschaltung 13 eingegeben. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 942 gemacht.
Beim Schritt 942 wird, wenn sich das Richtungssignal d, das beim Schritt 941 eingegeben worden ist von dem Zustand eines Zeitschritts davor geändert hat, die Verarbeitung beim Schritt 943 gemacht. Wenn sich das Richtungssignal d nicht von dem Zustand einen Zeitschritt zuvor geändert hat, kehrt die Verarbeitung zum Verarbeiten des Schritts 921 zurück.
Bei dem Schritt 943 wird zuerst eins zu der Veränderlichen k hinzuaddiert. Das heißt, der um eins erhöhte Wert der Veränderlichen k wird als die neue Veränderliche k gesetzt. Als nächstes wird der Wert des ersten Phasenwerts f1 der Reihe nach an der Speicherstelle M[k] entsprechend dem Wert der Veränderbaren k gespeichert. Das heißt, der Wert der Speicherstelle M[k] wird als der Wert des ersten Phasenwerts f1 gesetzt. Dann wird die Verarbeitung beim Schritt 951 gemacht.
Hier ist der Phasenwertspeicherteil (Phasenwertspeichereinrichtung) 94 aus dem Schritt 941, dem Schritt 942 und dem Schritt 943 zusammengesetzt.
Bei dem Schritt 951 wird die Größe des Werts der Veränderlichen k mit einem bestimmten Wert kmax (hier ist kmax eine ganze Zahl von 2 oder größer, oder vorzugsweise 2) verglichen, und wenn die Größe des Werts der Veränderlichen k größer ist, wird die Verarbeitung beim Schritt 952 gemacht. Wenn die Größe des Werts der Veränderlichen k nicht größer ist, kehrt der Vorgang zu der Verarbeitung des Schritts 921 zurück.
Beim Schritt 952 wird der Anfangszählwert c&sub0; auf der Grundlage der Werte berechnet, die in den Speicherstellen M[n] (n = 1,2,...kmax) gespeichert sind. Das heißt, indem das arithmetische Mittel des Werts berechnet wird, die in den Speicherstellen M[n] gespeichert sind, wird der Anfangszählwert c&sub0; bestimmt. Vorzugsweise wird das arithmetische Mittel aus einer geraden Anzahl gespeicherter Werte mit Ausschluß des anfänglich gespeicherten Werts M[1] berechnet, und der Anfangszählwert c&sub0; wird bestimmt. Besonders bevorzugt wird der Anfangszählwert c&sub0; bestimmt, indem das arithmetische Mittel unter Verwendung der gespeicherten Werte M[2] und M[3] berechnet wird. Das heißt, der Anfangszählwert c&sub0; wird bestimmt
c&sub0; = (M[2] + M[3])/2 (7)
Dann kehrt Verarbeitung zu der Verarbeitung des Schritts 71 in der Fig. 7 zurück.
Hier ist der Berechnungsteil für die Anfangsphase (Berechnungseinrichtung für die Anfangsphase) 95 aus dem Schritt 951 und dem Schritt 952 gebildet.
Indem auf diese Weise verarbeitet wird, kann die Position des Permanentmagnetrotors 19 bestimmt werden und ferner kann die Drehgröße des Permanentmagnetrotors 19 zum Zeitpunkt der Bestimmung stark verringert werden. Dieser Punkt wird weiter unten beschrieben.
Bei der obigen Ausgestaltung verringert der Erhöhungs- oder Verringerungsteil 92 für den Phasenwert den ersten Phasenwert f1, wenn die Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 die normale Richtung ist, und erhöht den ersten Phasenwert f1 bei umgekehrter Drehung. In der Wellenformerzeugungseinheit 16 wird das Positionssignal in Abhängigkeit von dem ersten Phasenwert f1 ausgegeben, und deshalb dreht sich der Magneto-EMK-Vektor I umgekehrt, wenn sich der Magnetpolvektor Φ normal dreht, und dreht sich normal, wenn sich der Magnetpolvektor Φ umgekehrt dreht. Das heißt, der Magneto- MMK-Vektor dreht sich in der zu der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 umgekehrten Richtung.
Es sei angenommen, daß der Magnetvektor I mit einer bestimmten Phase ausgegeben wird, ohne sich zu der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 umgekehrt zu drehen, wie es in Fig. 10(a) gezeigt ist, sich der Magnetpolvektor Φ durch die gegenseitige Wirkung mit dem Magneto-EMK-Vektor I dreht, und schließlich beide Vektoren zusammenfallen. Als ein Ergebnis wird die Position des Magnetpolvektors Φ bestimmt. Jedoch dreht sich in Abhängigkeit von seiner Anfangsstellung der Permanentmagnetrotor 19 maximal um 180 Grad (Fig. 10(a)). Bei der Ausführungsform der Erfindung wird der Magneto-EMK-Vektor I in der zu der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 umgekehrten Richtung gedreht. Demgemäß werden der Magneto-EMK-Vektor I und der Magnetpolvektor Φ durch eine kleine Drehung des Magnetpolvektors Φ phasenmäßig angepaßt. Dieser Modus ist in Fig. 10(b) gezeigt. Das heißt, indem der Magneto-EMK-Vektor I in der zu dem Magnetpolvektor Φ umgekehrten Richtung gedreht wird, werden der Magnetpolvektor Φ und der Magneto-EMK-Vektor I angepaßt, während die Drehgröße des Magnetpolvektors Φ klein ist, und deshalb kann die Position des Magnetpolvektors Φ mit einem äußerst kleinen Maß an Drehgröße des Magnetpolvektors Φ bestimmt werden.
Durch das obige Vorgehen kann, wenn es ein Lastdrehmoment bei dem Permanentmagnetrotor 19 gibt, die Position des Permanentmagnetrotors 19 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dieser Punkt wird weiter unten beschrieben.
Es sei angenommen, daß der Magneto-EMK-Vektor I mit einer bestimmten Phase erzeugt wird. Wenn das Lastdrehmoment des Permanentmagnetrotors 19 nicht null ist, sind der Magneto- EMK-Vektor I und der Magnetpolvektor Φ nicht aneinander angepaßt, und der Phasenwinkel θ, der von der Größe des Lastdrehmoments abhängt, wird beibehalten. Die Phasenabweichrichtung ist wie folgt: Wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der normalen Richtung dreht, wie es in Fig. 11(a) gezeigt ist, ist der Magnetpolvektor F um den Winkel θ in der zu dem Magneto-EMK-Vektor I umgekehrten Richtung abgelenkt, und wenn sich der Permanentmagnetrotor 19 in der umgekehrten Richtung dreht, wie es in Fig. 11(b) gezeigt ist, ist der Magnetpolvektor Φ um den Winkel θ in der zu dem Magneto-EMK-Vektor I normalen Richtung abgelenkt.
Deshalb kann, wenn der Permanentmagnetrotor 19 belastet ist, nur dadurch, daß der bestimmte Phasenstrom zu der Statorwicklung geschickt wird, die Position des Permanentmagnetrotors 19 nicht genau bestimmt werden.
Bei der Ausführungsform der Erfindung wird, indem der Magneto-EMK-Vektor I in der normalen oder umgekehrten Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 gedreht und angesteuert wird, der Anfangszählwert c&sub0; berechnet, der der Position des Permanentmagnetrotors 19 entspricht. Demgemäß kann die Position des Permanentmagnetrotors 19 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dieser Punkt wird weiter unten beschrieben.
Bei dieser Ausgestaltung wird der Magneto-EMK-Vektor I in der zu der Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 umgekehrten Richtung gedreht. Übrigens wird jedesmal, wenn die Drehrichtung des Permanentmagnetrotors 19 geändert wird, der erste Phasenwert f1 in der Phasenwertspeichereinheit 94 aufgehoben. Fig. 11(a) zeigt den Modus des Magneto-EMK-Vektors I und des Magnetpolvektors Φ zu der Zeit der j-ten Umkehrung der Drehrichtung. In Fig. 11(a) dreht sich der Magnetpolvektor Φ im Gegenuhrzeigersinn, aber erhält das Drehmoment in der Uhrzeigerrichtung durch die gegenseitigen Wirkungen mit dem Magneto-EMK-Vektor I, und der Zeitpunkt der Änderung der Drehrichtung in die Uhrzeigersinnrichtung ist gezeigt. Bei der (j+1)-ten (die nächste zu der j-ten)) Umkehrung der Drehrichtung ist der Modus des Magneto-EMK-- Vektors I und des Magnetpolvektors Φ in Fig. 11(b) gezeigt. In Fig. 11(b) dreht sich der Magnetpolvektor Φ im Uhrzeigersinn, erhält aber das Drehmoment in der Gegenuhrzeigerrichtung durch die gegenseitige Wirkung mit dem Magneto-EMK- Vektor I, und der Zeitpunkt der Änderung der Drehrichtung der Gegenuhrzeigersinndrehung ist gezeigt. Es sei hier angenommen, daß der Wert des ersten Phasenwerts f1, der der Position des Magnetpolvektors Φ entspricht, θ&sub0; sein soll, der Wert des ersten Phasenwerts f1, der dem Phasenwinkel des Magneto-EMK-Vektors I entspricht, und der Magnetpolvektor Φ in Fig. 11(a) θj sein soll, und der Wert des ersten Phasenwerts f1, der dem Phasenwinkel des Magneto-EMK-Vektors I und dem Magnetpolvektor Φ in Fig. 11(b) entspricht θj+1 sein soll, wobei die gespeicherten Werte M[j] sind, wie folgt:
M[j] = θ&sub0; + θj
M[j+1] = θ&sub0; - θj+1 (8)
wo j eine positive (ungerade) Zahl ist.
Das Berechnen der Phasenwertberechnungseinheit 95 liefert
c&sub0; = (M[2] + M[3])/2 = ((θ&sub0; + θ&sub2;) + (θ&sub0; - θ&sub3;))/2 = θ&sub0; + (θ&sub2; - θ&sub3;)/2 (9)
Durch das Wiederholen der Umkehrungswirkungen des Permanentmagnetrotors 19 werden die Größe des Phasenwinkels und die Größe des Phasenwinkels 6 nahezu gleich. Daher folgt, daß
θ&sub2; = θ&sub3; ...(10)
unddaher
c&sub0; = θ&sub0; ...(11)
Somit wird der Anfangszählwert c&sub0; der Zählereinheit 14 erhalten.
Da übrigens der Anfangszählwert c&sub0; aus den gespeicherten Werten M[k](k = 1, 2, ... , kmax) des ersten Phasenwerts f1 zur Zeit der Drehung der Permanentmagnetrotors 19 in der normalen oder umgekehrten Richtung berechnet wird, nimmt, wenn das Lastdrehmoment zunimmt, nur die Größe θj oder θj+1 in Gleichung (8) oder (9) zu, und die Wirkung des Lastdrehmoments kann durch Berechnen der Gleichung (9) ausgeschlossen werden.
Bei der Ausführungsform wird ferner der Anfangszählwert c&sub0; berechnet, indem insbesondere die gespeicherten Werte M[2] und M[3] der Phasenwertspeichereinheit 94 verwendet werden. Da der Wert des gespeicherten Werts M[1] stark von dem Anfangsphasenunterschied des Magnetpolvektors Φ und des Magneto-EMK-Vektors I abhängt, wird, wenn der gespeicherte Wert M[1] in die Berechnung des Anfangszählwerts c&sub0; eingeschlossen wird, ein großer Fehler bei der Positionserfassung des Magnetpolvektors Φ in dem Fall einer großen Anfangsphasendifferenz hervorgerufen. Wenn übrigens der Wert nach dem gespeicherten Wert M[4] verwendet wird, muß dieser bestimmte Wert kmax zu einem großen Wert gesetzt werden. In diesem Fall werden viele Umkehrungswirkungen des Permanentmagnetrotors 19 verlangt, und die Phasenanpassungszeit wird wesentlich ausgedehnt. Bei dieser Ausführungsform werden, indem die gespeicherten Werte M[2] und M[3] verwendet werden, eine Erhöhung der Positionsbestimmungsgenauigkeit und eine Verringerung der Phasenanpassungszeit beide realisiert.
Es ist auch möglich, die Positionsbestimmungsgenauigkeit zu erhöhen, indem mehrere, gespeicherte Werte verwendet werden.
Durch einen solchen Vorgang bei dem Phasenanpassungsmodus kann der Anfangszählwert der Zählereinheit 14 sogar durch eine kleine Drehgröße des Permanentmagnetrotors 19 erfaßt werden. Oder, selbst wenn der Permanentmagnetrotor 19 belastet ist, kann die Position des Permanentmagnetrotors 19 mit hoher Genauigkeit erfaßt werden.
Übrigens ist es nicht notwendig, während die Drehung des Permanentmagnetrotors 19 angehalten wird, indem der Zählwert in der Zählereinheit 14 gehalten wird, die Phase erneut anzupassen, wenn der Betrieb wieder aufgenommen wird, so daß das Starten in einer kurzen Zeit möglich ist. Ferner wird, indem dem Frequenzgenerator gestattet wird, Signale auszugeben, selbst wenn die Drehung des Permanentmagnetrotors 19 angehalten ist, wenn der Permanentmagnetrotor 19 durch eine externe Größe während des Anhaltens gedreht wird, der Zählwert in der Zählereinheit 14 in Abhängigkeit von der Drehung aktualisiert, so daß es nicht notwendig ist, die Phase mit Ausnahme dann anzupassen, wenn die Stromquelle eingeschaltet wird.
Da somit der bürstenlose Gleichstrommotor der Erfindung drei Phasen-Positionssignale auf der Grundlage von zweiphasigen Frequenzsignalen erzeugt, die gegenseitig in der Phase unterschiedlich sind, wie sie durch den Frequenzgenerator erzeugt werden, ist es nicht notwendig, einen Positionssensor, wie einen Hall-Sensor zu verwenden.
Übrigens wird in der Speichereinrichtung 62, die sich auf die Ausführungsform bezieht, indem die Funktionstabelle der Sinuswelle einer Periode nur in dem Speicher gespeichert wird, der Adressenwert nur um den Teil der unterschiedlichen Phase geändert, und auf die Funktionstabelle wird bezug genommen, und deshalb werden die dreiphasige Positionssignale an die drei Digital/Analog-Umwandler 63, 64, 65 geliefert, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Es ist jedoch unnötig zu sagen, daß es möglich ist, sie der Reihe nach in Analogwerte umzuwandeln, indem nur ein Digital/Analog-Umwandler verwendet wird, die erhaltenen Werte in drei Abtast/Halteschaltungen gehalten werden und als dreiphasige Positionssignale erzeugt werden. Ferner ist es möglich, ohne dies sagen zu müssen, statt der Funktionstabelle der Sinuswelle von nur einer Periode in dem Speicher zu speichern, die Sinuswelle von drei Phasen in einzelnen Funktionstabellen zu speichern und die digitalen Signale entsprechend den dreiphasige Positionssignalen unmittelbar in den drei Digital/Analog-Umwandlern 63, 64, 65 zu erzeugen. In dem Positionsanpassungsmodus ist übrigens die Drehgeschwindigkeit des Magneto-EMK-Vektors I nahezu konstant, aber die Drehgeschwindigkeit kann veränderbar sein. Ferner wird bei der Ausführungsform ein Motor mit drei Phasen verwendet, aber die Anzahl der Phasen ist tatsächlich nicht auf drei beschränkt. Verschiedene andere Abänderungen sind möglich, ohne von dem wahren Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Ein bürstenloser Gleichstrommotor, umfassend:

einen Rotor (19), der eine Vielzahl von Magnetpolen besitzt;

mehrphasige Statorwicklungen (1301, 181, 182, 183), die mit einem bestimmten Abstand von dem Rotor angeordnet sind;

eine Sensoreinrichtung (11) zum Erzeugen von Mehrphasen-Sensorsignalen, die einen Drehzustand des Rotors in Abhängigkeit von der Drehung des Rotors zeigen;

eine Richtungserfassungseinrichtung (13, 21) zum Erfassen der Drehrichtung des Rotors aus den Mehrphasen- Sensorsignalen und zum Erzeugen eines Richtungssignals;

eine Erfassungseinrichtung (15) für die Anfangsstellung zum Ausgeben eines ersten Phasenwerts und zum Bestimmen eines Anfangszählwerts entsprechend der Position des Rotors;

eine Zählereinrichtung (14), in der ein Zählwert anfangs gemäß dem Anfangszählwert gesetzt wird, um den Zählwert in Abhängigkeit von dem Richtungssignal und wenigstens einem der Mehrphasen-Sensorsignale zu erhöhen oder verringern, um einen zweiten Phasenwert zu erzeugen;

eine Wellenformerzeugungseinrichtung (16) zum Erzeugen Mehrphasen-Positionssignale in Abhängigkeit von dem ersten Phasenwert oder zweiten Phasenwert; und

eine Stromzuführeinrichtung (17) zum Zuführen von elektrischem Strom zu den Mehrphasen-Statorwicklungen in Abhängigkeit von den Mehrphasen-Positionssignalen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (15) für die Anfangsstellung umfaßt;

eine Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung (92) für den Phasenwert, um den ersten Phasenwert in Abhängigkeit von dem Richtungssignal zu erhöhen oder zu verringern;

eine Phasenwertspeichereinrichtung (94) zum Speichern einer Vielzahl von Werten des ersten Phasenwerts in Abhängigkeit von einer Änderung des Richtungssignals; und

eine Anfangswertberechnungseinrichtung (95) zum Berechnen des Anfangswerts aus wenigstens zwei Werten des ersten Phasenwerts, die in der Phasenwertspeichereinrichtung gespeichert sind;

wobei die Erfassungseinrichtung (15) für die Anfangsposition ausgebildet ist, den Anfangszählwert entsprechend der Position des Rotors durch Schwingen eines Drehmagnetfelds zu bestimmen, das in den Mehrphasen- Statorwicklungen in der normalen und umgekehrten Richtung erzeugt wird.

2. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, in dem die Wellenerzeugungseinrichtung (16) umfaßt:

eine Auswähleinrichtung (161) zum Auswählen entweder des ersten Phasenwerts oder des zweiten Phasenwerts, um einen ausgewählten Phasenwert zu erhalten; und

eine Positionssignalerzeugungseinrichtung (162) zum Erzeugen der Mehrphasen-Positionssignale in Abhängigkeit von dem ausgewählten Phasenwert.

3. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 2, in dem die Positionssignalerzeugungseinrichtung (162) umfaßt:

eine Speichereinrichtung (62), die darin im voraus gespeicherte Sinussignale aufweist;

eine Positionssignalausgabeeinrichtung (84, 93), um Mehrphasensinussignale, die in der Speichereinrichtung gespeichert sind, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Phasenwert zu erhalten; und

eine Einrichtung (63, 64, 65) zum Erzeugen der Mehrphasen-Positionssignale aus den Mehrphasensinussignalen, die durch die Positionssignalausgabeeinrichtung erhalten worden sind.

4. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 3, in dem die Speichereinrichtung (62) darin im voraus gespeicherte Sinussignale einer Periode oder 1/2 Periode oder 1/4 Periode aufweist.

5. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, in dem die Zählereinrichtung (14) umfaßt:

eine Anfangswertsetzeinrichtung (81) zum Setzen des Anfangswertes in Abhängigkeit von dem Anfangszählwert;

eine Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung (82) für den Zählwert, um den Zählwert in Abhängigkeit von dem Richtungssignal und von wenigstens einem der Mehrphasen-Sensorsignale zu erhöhen oder zu verringern; und

eine Phaseneinstelleinrichtung (83) zum Hinzufügen oder Subtrahieren eines bestimmten Wertes zu oder von dem Zählwert der Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung für den Zählwert in Abhängigkeit von dem Drehrichtungsbefehl.

6. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 5, in dem die Phaseneinstelleinrichtung (83) eine Phase eines Drehmagnetfelds, das durch die Mehrphasen-Statorwicklungen erzeugt wird, durch Hinzufügen oder Subtrahieren zu/von dem Zählwert der Erhöhungs- oder Verringerungseinrichtung für den Zählwert in Abhängigkeit von dem Drehrichtungsbefehl um 90 Grad bei dem elektrischen Winkel von einer Phase eines Magnetpols des Rotors dreht.

7. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, in dem die Sensoreinrichtung (11) ein Sensorsignal erzeugt, das einen Zustand des Rotors zeigt, wenn der Rotor angehalten ist.

8. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, in dem die Erfassungseinrichtung (15) für die Anfangsposition nur arbeitet, wenn eine Stromquelle eingeschaltet ist.

9. Ein bürstenloser Gleichstrommotor gemäß Anspruch 1, in dem die Arbeitsweise der Zählereinrichtung (14), der Erfassungseinrichtung (15) für die Anfangspositions und der Wellenformerzeugungseinrichtung (16) durch eine arithmetische Einheit durchgeführt werden, die umfaßt eine Speichereinrichtung (62) zum Speichern eines bestimmten Verarbeitungsprogramms; und

eine Recheneinheit (61) zum Ausführen einer Verarbeitung gemäß dem bestimmten Verarbeitungsprogramm.